基于DSP的5kW紫外灯电子镇流器的研究

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紫外线固化是一种光化学过程,是利用紫外线灯对工业中广泛使用的油墨、油漆、黏合剂等加以辐照使之瞬间固化。与传统的热固化技术相比,紫外线固化具有提高生产速度、减少废品率、增强耐擦伤性和耐溶剂性以及固化效果更好的优点。因此与之相配套的大功率紫外灯电子镇流器也成为研究的热点。电子镇流器以其效率高、性能好、体积小等优点将逐渐取代传统的变压器式镇流器。但是国内企业和高校设计的电子镇流器主要针对1kW以下的照明用气体放电灯,针对固化行业所用紫外灯的大功率电子镇流器的研究较少。因此,本文将针对5kW紫外灯,设计、制作并调试一台电子镇流器,以适应市场的需求。首先,本文对紫外灯气体放电灯的发光机理、伏安特性做了详细的介绍,将紫外灯的启动过程的四个阶段高压击穿、辉光放电、辉光转弧光放电、弧光放电进行了分析。并概要阐述了电子镇流器的作用与优缺点。然后,详细讨论了常用电子镇流器主电路拓扑的结构与优缺点,并结合本课题的实际需求确定了以传统三级拓扑为主的精简三级拓扑电路,即保留传统电子镇流器的第二级BUCK电路和第三级全桥逆变电路,而第一级采用了一颗矽钢片制成的工频电感接在整流滤波电解电容之前作为被动功率因数校正电路。在保证了效率的同时精简了系统的复杂性。在确定了主电路拓扑之后,结合紫外灯伏安特性与启动过程的介绍,制定了将紫外灯启动过程分为启动、预热、恒功率工作三个阶段进行分阶段PI控制的控制策略。前两个阶段采用恒流PI控制,恒功率工作时采用内环电流和外环功率的双环控制。其次,本文对电子镇流器主回路、控制系统硬件进行了详细的设计,并基于Francis假设提出了一种紫外灯的模型,在MATLAB中进行仿真后看出模型能够很好的描述紫外灯启动瞬间的电流与等效内阻、电压之间的关系。同时对电子镇流器的主回路在Simulink中进行了仿真,验证了其可行性。之后详细介绍了基于TMS320F2808的DSP控制系统软件的设计。最后,根据以上的理论分析和详细计算,设计了一台5kW的紫外灯电子镇流器样机,通过不断的调试和修正满足了设计的要求,同时通过对实验结果的分析,验证了该电子镇流器的可行性。
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